아인슈타인움

아인슈타인움, 에스

아인슈타인움
발음	/aɪnˈstaɪniəm/ (eien-STY-nee-əm)
외관	은빛으로 빛나다
질량수	[252]
주기율표 속의 아인슈타인륨
수소 헬륨 리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온 나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤 칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤 루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논 세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈 프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손 호 ↑ 에스 ↓ (업트) 캘리포늄 ←아테인늄 → 페르뮴
원자번호 (Z)	99
그룹	그룹 n/a
기간	7주기
블록	f-블록
전자 구성	[Rn] 5f11 7s2
셸당 전자	2, 8, 18, 32, 29, 8, 2
물리적 성질
위상 STP서	실체가 있는
녹는점	1133K(860°C, 1580°F)
비등점	1269K(996°C, 1825°F) (추정)
밀도 (근처 )	8.84 g/cm3
원자성
산화 상태	+2, +3, +4
전기성	폴링 척도: 1.3
이온화 에너지	1차: 619kJ/mol
아인슈타인륨의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생	인조의
결정구조	얼굴 중심 큐빅(입방체)
자기순서	파라자성의
CAS 번호	7429-92-7
역사
이름 지정	알버트 아인슈타인
디스커버리	로렌스 버클리 국립 연구소(1952)
아인슈타인륨의 주요 동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트 252에스 동음이의 471.7 d α 248Bk ε 252cf β− 252FM 253에스 동음이의 20.47 d SF – α 249Bk 254에스 동음이의 275.7 d ε 254cf β− 254FM α 250Bk 255에스 동음이의 39.8 d β− 255FM α 251Bk SF –
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아인슈타인륨은 Es 기호와 원자 번호 99를 가진 합성 원소다.아인슈타인륨은 액티나이드 시리즈의 일원으로 일곱 번째 트랜스우라늄 원소다.그것은 알버트 아인슈타인을 기리기 위해 이름 지어졌다.

아인슈타인륨은 1952년 최초의 수소폭탄 폭발의 파편 성분으로 발견되었다.그것의 가장 흔한 동위원소 아인슈타인늄-253 (반감기 20.47일)은 몇 개의 전용 고출력 원자로에서 캘리포늄-253의 붕괴로부터 인공적으로 생산되며, 연간 1 밀리그램의 총 수확량이 있다.원자로 합성은 아인슈타인륨-253을 다른 액티니드와 그 붕괴의 산물로부터 분리하는 복잡한 과정을 따른다.다른 동위원소들은 다양한 실험실에서 합성되지만 훨씬 적은 양으로 무거운 액티나이드 원소들을 가벼운 이온으로 폭격함으로써 합성된다.생산되는 아인슈타인의 소량과 가장 쉽게 생산된 동위원소의 짧은 반감기 때문에, 현재 기본적인 과학 연구 외에는 그것을 위한 실질적인 적용이 거의 없다.특히, 아인슈타인륨은 1955년에 처음으로 새로운 원소 멘델레비움의 17개의 원자를 합성하는데 사용되었다.

아인슈타인륨은 부드럽고 은빛의 파라자성 금속이다.그것의 화학은 +3 산화 상태의 우세함을 가진 후기 액티니이드의 전형적인 것으로, 특히 고체에서는 +2 산화 상태에 접근할 수 있다.아인슈타인륨-253의 높은 방사능은 가시광선을 생성하며 그 결정 금속 격자를 빠르게 손상시켜 그램 당 약 1000와트의 방출 열을 낸다.그 성질을 연구하는데 어려움이 있는 것은 아인슈타인늄-253이 버켈륨-249로 붕괴되고 캘리포니아-249가 하루에 약 3%씩 붕괴되었기 때문이다.반감기가 가장 긴 아인슈타인륨-252(반감기 471.7일)의 동위 원소는 물리적 성질을 조사하는데 더 적합할 것이지만, 생산하기가 훨씬 더 어렵다는 것이 입증되었고 대량으로 생산되지 않고 미세한 양으로만 이용 가능하다.^[1]아인슈타인늄은 원자 번호가 가장 높은 원소로, 순수한 형태로 거시적인 양으로 관찰되었으며, 이것이 일반적인 단명 동위원소 아인슈타인 253이었다.^[2]

모든 합성 트랜스우라늄 원소와 마찬가지로 아인슈타인륨 동위원소는 매우 방사능이 강하며 섭취 시 건강에 매우 위험한 것으로 간주된다.^[3]

역사

아인슈타인륨은 1952년 12월 앨버트 기오르소와 버클리 캘리포니아 대학교의 동료들이 아이비 마이크 핵실험의 여진에서 아르곤느와 로스 알라모스 국립 연구소와 협력하여 처음 확인했다.이 실험은 1952년 11월 1일 태평양 에누에탁 환초에서 실시되었으며 열핵무기의 첫 번째 성공적인 실험이었다.^[4]폭발로 인한 이물질의 초기 조사에서는 플루토늄의 새로운
동위원소인 Pu의 생산이 나타났는데, 이 동위원소는 우라늄-238 핵에 의해 중성자 6개를 흡수하고 그 뒤에 베타데이가 2개 생겨야만 형성될 수 있었다.

${\displaystyle {\ce {^{238}_{92}U->[{\ce {+6(n,\gamma )}}][-2\ \베타 ^{-}}{}}{94}^{244}Pu}}}}}}}}}}}}}$

당시 다중 중성자 흡수는 극히 드문 과정으로 생각되었으나, Pu의
식별은 여전히 우라늄 핵에 의해 중성자가 더 많이 포획되어 캘리포니아산보다 더 무거운 새로운 원소가 생성될 수 있음을 시사했다.^[4]

기오르소와 동료들은 폭발구름을 뚫고 비행한 여과지(푸를
발견하기 위해 사용했던 것과 동일한 샘플링 기술)를 분석했다.^[5]더 많은 양의 방사성 물질이 나중에 미국에 전달된 환원지의 산호 파편으로부터 격리되었다.^[4]의심스러운 새로운 원소의 분리는 약산성 매질(pH solution 3.5)에 있는 구연산/암모늄 완충 용액이 있는 상태에서 높은 온도에서 이온 교환을 사용하여 수행되었으며, 결국 200개 미만의 아인슈타인 원자가 회수되었다.^[6]그럼에도 불구하고 원소 99(아인슈타인륨), 즉 그 Es 동위원소는 6.6 MeV에서의 고유 고에너지 알파 붕괴를 통해 검출될 수 있었다.^[4]우라늄-238 핵에 의해 15개의 중성자를 포획한 후 7개의 베타데이에 의해 생성되었으며, 반감기는 20.5일이었다.그러한 다중 중성자 흡수는 폭발 중 높은 중성자 플럭스 밀도에 의해 가능했기 때문에, 새롭게 생성된 무거운 동위원소는 더 가벼운 원소로 분해되기 전에 흡수할 수 있는 많은 중성자를 가지고 있었다.중성자 포획은 처음에 핵종의 원자 번호를 변경하지 않고 질량 수를 증가시켰고, 이에 상응한 베타-데이는 원자 수의 점진적인 증가를 초래했다.^[4]

${\displaystyle {\ce {^238}_{92}U ->[{\ce {+15n}}][6 \beta^-] ^{253}_{98}Cf ->[\beta^-] ^{253}_{99}Es}}}}}}}}}}}}}}}}$

그러나 일부 U 원자는 두 개의 추가 중성자(총 17개)를 흡수할 수 있으며, 그 결과 또 다른 새로운 원소인 페르뮴의 Fm 동위원소에서도 Es가 발생할 수 있다.^[7]다중 중성자 포획에 관한 새로운 원소의 발견과 관련 새로운 데이터는 냉전 긴장감과 핵 기술에서의 소련과의 경쟁으로 인해 1955년까지 미군의 명령에 대해 처음에는 비밀로 유지되었다.^[4][8][9]그러나 그렇게 많은 중성자를 빠르게 포획하면 베타 붕괴 전 초신성 폭발에서 특정 중화학 원소(니켈보다 무거운 것)의 우주 핵합성(생산)을 설명하는 데 필요한 소위 r-공정 다중 중성자 흡수에 대한 직접적인 실험 확인이 필요할 것이다.우주에 많은 안정된 원소의 존재를 설명하기 위해서는 그런 과정이 필요하다.^[10]

한편 99원소(새로운 원소 100, 페르뮴 포함)의 동위원소는 질소-14와 우라늄-238 사이의 핵반응에서 버클리 및 아르고네 실험실에서 생산되었고,^[11] 이후 플루토늄 또는 캘리포늄에 대한 강도 높은 중성자 조사에 의해 다음과 같이 생산되었다.

${\displaystyle {\ce {^{252}_{98}Cf ->[{\ce {(n,\gamma)}}] ^{253}_{98}Cf ->[\beta^-][17.81 {\ce {d}}] ^{253}_{99}Es ->[{\ce {(n,\gamma)}}] ^{254}_{99}Es ->[\beta^-] ^{254}_{100}Fm}}}$

이러한 결과는 1954년 여러 기사에서 발표되었으며, 이러한 연구 결과가 원소에 대해 수행된 첫 연구가 아니라는 면책 조항이 있다.^{[12][13][14][15][16]}버클리 팀은 또한 아인슈타인과 페르뮴의 화학적 특성에 대한 몇 가지 결과를 보고했다.^[17][18]아이비 마이크의 결과는 1955년에 발표되었다.^[8]

99와 100의 원소를 발견하면서, 미국 팀은 스웨덴 스톡홀름의 노벨 물리학 연구소에서 한 그룹과 경쟁했다.1953년 후반 – 1954년 초 스웨덴 그룹은 우라늄에 산소핵을 퍼부음으로써 원소 100, 특히 Fm의 빛 동위원소 합성에 성공했다.이 결과들은 1954년에도 발표되었다.^[19]그럼에도 불구하고, 버클리 팀의 우선 순위는 스웨덴 기사보다 앞서 있으며, 1952년 열핵 폭발의 이전에 공개되지 않았던 결과에 기초했기 때문에 버클리 팀은 새로운 요소들의 이름을 댈 수 있는 특권을 부여받았다.는 아이비 마이크의 설계에 만들었던 노력이었다codenamed 프로젝트 PANDA,[20]요소 99을 농담 삼아지만 공식 이름은 버클리 그룹에 의해 제안된 두 저명한 과학자들, 알베르트 아인슈타인, 엔리코 페르미,"우리는 원자 번호 99, einsteiniu이 있는 요소의 이름을 제안해 얻은"대혼란이 일어나자"[21]'라는 별칭으로 불렸다.m(symbOL E)는 아인슈타인의 이름을 따고 원자 번호 100을 가진 원소의 이름을 따서 페르뮴(기호 Fm), 엔리코 페르미의 이름을 따서."^[8]아인슈타인과 페르미 둘 다 이름이 처음 제안된 시점과 발표 시점 사이에 사망했다.이러한 새로운 원소의 발견은 1955년 8월 20일에 열린 제1차 제네바 핵 회의에서 알베르 기르소에 의해 발표되었다.^[4]아인슈타인의 상징은 처음에 "E"로 주어졌고 후에 IUPAC에 의해 "Es"로 바뀌었다.^[22][23]

특성.

물리적인

아인슈타인륨은 합성, 은, 방사성 금속이다.주기율표에서, 그것은 액티나이드 캘리포늄의 오른쪽, 액티나이드 페르뮴의 왼쪽, 란타나이드 홀뮴 아래에 위치하며, 그것은 물리적, 화학적 성질의 많은 유사점을 공유한다.8.84g/cm의³ 밀도는 캘리포니아(15.1g/cm³)보다 낮고, 원자성 아인슈타인이 홀뮴보다 훨씬 무겁지만 홀뮴(8.79g/cm³)과 거의 같다.아인슈타인륨(860°C)의 용해 지점도 캘리포니아(900°C), 페르뮴(1527°C), 홀뮴(1461°C)보다 낮은 비교적 낮다.^[3][25]아인슈타인늄은 부드러운 금속으로, 부피가 15 GPA에 불과해 가치가 비알칼리 금속 중 가장 낮은 금속 중 하나이다.^[26]

주변 조건에서 이중 육각형 구조로 결정되는 캘리포니아 주, 베르켈륨, 큐륨 및 아메리슘이 가벼운 것과 달리 아인슈타인륨은 우주군 Fm3m 및 격자 상수 a = 575pm과 얼굴 중심의 입방체(fcc) 대칭을 이루는 것으로 생각된다.단, 300 °C 가열 시 FCC 단계로 변환된 a = 398 pm, c = 650 pm의 실온 육각형 아인슈타인륨 금속의 보고가 있다.^[27]

아인슈타인륨의 방사능에 의해 유도되는 자기 손상은 매우 강해서 결정 격자를 급속하게 파괴하고,^[28] 이 과정에서 에너지 방출인 es의 1g당 1000와트는 가시광선을 유도한다.^[2]이러한 과정은 아인슈타인의 비교적 낮은 밀도와 녹는점에 기여할 수 있다.^[29]또한, 이용 가능한 표본의 작은 크기 때문에, 아인슈타인의 용해점은 종종 전자 현미경 안에서 가열되는 샘플을 관찰함으로써 추론되었다.^[30]따라서 작은 표본의 표면 효과는 용해점 값을 감소시킬 수 있다.

그 금속은 3가격이어서 변동성이 눈에 띄게 높다.^[31]자기방사선 손상을 줄이기 위해 고체 아인슈타인과 그 화합물의 측정은 열처리 직후에 대부분 수행된다.^[32]또한 일부 화합물은 환원제 기체의 대기 아래에서 연구되는데, 예를 들면 HO₂+이다.EsOCl용 HCl로 분해 시 샘플이 부분적으로 재생되도록 한다.^[33]

고체 아인시타이늄과 그 화합물, 이 요소 공부에 다른 본질적인 어려움에 자멸을 제외하면 희소 – 가장 흔한 253Es 동위 원소만 일년에 한번 또는 두번sub-milligram은 양을 –과 내부 오염. 아인시타이늄의 버클륨이 빠르게 변환하고 그 속도로 californium 이용할 수 있다고. 의하루 약 3.3%:^[34][35][36]

${\displaystyle {\ce{253}_{99}Es ->[\alpha][20 {\ce {d}] ^{249}_{97}Bk ->[\beta^-][314 {\ce {d}}^{249}_{98}Cf}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

따라서 대부분의 아인슈타인 시료는 오염되어 있으며, 그 본질적인 성질은 종종 시간에 따라 축적된 실험 데이터를 추론함으로써 추론된다.오염 문제를 피하기 위한 다른 실험 기법으로는 발광 특성 연구와 같이 튜닝 가능한 레이저에 의한 아인슈타인 이온의 선택적 광학적 소화가 있다.^[37]

자기 성질은 아인슈타인늄 금속, 산화물과 불소에 대해 연구되어 왔다.세 가지 소재 모두 퀴리-을 보여줬다.액체 헬륨에서 실온까지 파라마그네틱 거동을 차단한다.유효 자기 모멘트는 액티나이드 중 가장 높은 값인 EsO의₂₃ 경우 10.4±0.3µ_B, EsF의₃ 경우 11.4±0.3µ로_B 추론했으며 해당 퀴리 온도는 53, 37K이다.^[38][39]

케미컬

모든 액티니이드와 마찬가지로 아인슈타인은 오히려 반응적이다.3가 산화 상태는 연분홍색을 유발하는 고체 및 수용액에서 가장 안정적이다.^[40]분열성 아인슈타인의 존재는 특히 고체상에서는 확고하게 확립되어 있다; 그러한 +2 상태는 프로토티늄, 우라늄, 넵투늄, 플루토늄, 큐륨, 베르켈륨을 포함한 많은 다른 액티니이드에서는 관찰되지 않는다.아인슈타인움(Ainsteinium)II) 예를 들어 사마륨과 함께 아인슈타인륨(III)을 감소시킴으로써 화합물을 얻을 수 있다.II) 염화물.^[41]산화 상태 +4는 증기 연구로부터 가정되었고 아직 불확실하다.^[42]

동위 원소

19개의 동위원소와 3개의 핵 이소머는 아인슈타인륨으로 알려져 있으며, 질량은 240에서 257까지이다.모두 방사성핵종이며 가장 안정된 핵종인 에스(Es)의 반감기는 471.7일이다.^[43]다음으로 안정성이 높은 동위원소는 에스(반감기 275.7일),^[44] 에스(39.8일), 에스(20.47일) 등이다.나머지 동위원소는 모두 반감기가 30분보다 짧은 40시간 미만이다.3개의 핵등가 중 가장 안정된 것은 반감기가 39.3시간인 es이다.^[45]

핵분열

아인슈타인늄은 핵분열 비율이 높아서 지속적인 핵 연쇄 반응을 위해 낮은 임계 질량을 초래한다.이 질량은 에스 동위원소 맨 구에 9.89kg으로 두께 30cm의 강철 중성자 반사체를 추가하면 2.9kg으로 낮출 수 있고, 물로 만든 20cm 두께의 반사체가 2.26kg까지 내려갈 수 있다.그러나 이 작은 임계 질량조차 지금까지 격리된 아인슈타인륨의 총량을 크게 초과하며, 특히 희귀한 에스 동위원소의 경우 더욱 그러하다.^[46]

자연발생

모든 아인슈타인륨 동위원소의 반감기가 짧기 때문에, 원시 아인슈타인륨, 즉 그 생성 동안에 지구에 존재할 수 있었던 아인슈타인륨은 부패한 지 오래다.지구 지각에서 자연적으로 발생하는 활성 우라늄과 토륨에서 아인슈타늄을 합성하려면 복수의 중성자 포획이 필요한데, 이는 극히 가능성이 희박한 사건이다.따라서 모든 지상 아인슈타인은 과학실험실이나 고출력 원자로, 또는 핵무기 실험에서 생산되며, 합성 시점으로부터 몇 년 안에만 존재한다.^[6]

아메리슘에서 아인슈타인을 포함한 페르뮴에 이르는 초우라늄 원소는 오클로의 자연 핵분열 원자로에서 자연적으로 발생했지만, 더 이상 그렇게 하지 않는다.^[47]

아인슈타인륨은 2008년 프지빌스키 별에서 관측되고 검출되었다.^[48]

합성 및 추출

아인슈타인륨은 전용 고플렉스 원자로에서 중성자로 더 가벼운 액티니드를 폭격하여 미세한 양으로 생산된다.The world's major irradiation sources are the 85-megawatt High Flux Isotope Reactor (HFIR) at the Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, U.S.,^[50] and the SM-2 loop reactor at the Research Institute of Atomic Reactors (NIIAR) in Dimitrovgrad, Russia,^[51] which are both dedicated to the production of transcurium (Z > 96) elements.이러한 설비는 전력과 플럭스 레벨이 유사하며,^[52] NIIAR에서 생산된 수량이 널리 보고되지는 않지만 트랜스큐륨 원소에 견줄 만한 생산 능력을 가질 것으로 예상된다.오크 리지(Oak Ridge)의 "일반적인 처리 캠페인"에서는 수십 그램의 큐륨을 조사하여 캘리포니아산 데시그램 양, 베켈륨(²⁴⁹Bk) 밀리그램 양, 페르뮴의 아인슈타인과 피코그램 양을 생산한다.^[53][54]

약 10나노그램의 무게가 나가는 ES 샘플의 최초의 현미경 샘플은 1961년 HFIR에서 준비되었다.특별한 자기 균형은 그것의 무게를 추정하기 위해 고안되었다.^[3][55]후에 더 큰 덩어리가 생산되었는데, 1967-1970년에는 아인슈타인 수율(대부분 Es)이 0.48 밀리그램, 1971-1973년에는 3.2 밀리그램으로 플루토늄의 수 킬로그램에서 시작하여, 1974년과 1978년 사이에 매년 약 3 밀리그램의 꾸준한 생산이 뒤따랐다.^[56]그러나 이 수량은 조사 직후 대상의 적분량을 가리킨다.후속 분리 절차는 동위원소 순수 아인슈타인의 양을 대략 10배 감소시켰다.^[52]

실험실 합성

플루토늄에 대한 중중 중성자 조사는 Es(반감기가 20.47일이고 자발적 핵분열 반감기가 7×10년인⁵ α-방출기), Es(반감기가 39.3시간인 β-방출기), Es(반감기가 약 276일인 α-방출기)의 4가지 주요 동위원소를 유발한다.^[57][45]대체 경로로는 우라늄-238에 고강도의 질소나 산소 이온 빔을 투하하는 것이 있다.^[58]

아인슈타인늄-247(반감기 4.55분)은 아메리슘-241에 탄소나 우라늄-238을 질소 이온으로 조사하여 생산되었다.^[59]후자의 반응은 1967년 러시아 더블나에서 처음 실현되었으며, 관련 과학자들에게 레닌 콤소몰 상이 수여되었다.^[60]

Es 동위원소는 중수소 이온으로 Cf를 조사하여 생성되었다.주로 반감기가 25±5분인 Cf에 대한 전자의 방출에 의해 분해되지만, 6.87 MeV 에너지의 α-입자를 방출하기도 하며, 전자 대 α-입자의 비율은 약 400이다.^[61]

${\displaystyle {\ce {^{249}_{98}Cf + ^{2}_{1}D -> ^{248}_{99}Es + 3^{1}}_{0}n}}\quad \left({\ce{248}_{99}Es ->[\epsilon][27 {\ce {min}}] ^{248}_{98}Cf}\right)}}}$

보다 무거운 동위원소 Es, Es, Es, Es는 bk에 α 입자를 퍼부어 얻어냈다.이 과정에서 중성자 1~4개가 해방되어 하나의 반응으로 4개의 서로 다른 동위원소가 형성될 수 있다.^[62]

${\displaystyle {\ce {^{249}_{97}Bk ->[+\alpha] ^{249,250,251,252}_{99}Es}}}}}$

아인슈타인륨-253은 (2–5)×10¹⁴ 중성자속·cm⁻²·s의⁻¹ 열 중성자속 0.1–0.2mg Cf 표적을 500–900시간 동안 조사하여 생성되었다.^[63]

${\displaystyle {\ce {^252}_{98}Cf ->[{\ce {n,\gamma] ^{253}_{98}Cf ->[\beta^-][17.81 {\ce {d}}^{253}_{99}Es}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

2020년 오크리지 국립 연구소의 과학자들이 세계 신기록인 es 233나노그램을 만들 수 있었다.이로써 원소의 일부 화학적 성질을 처음으로 연구할 수 있게 되었다.^[64]

핵폭발에서의 합성

10 메가톤급 아이비 마이크 핵실험의 잔해 분석은 장기 프로젝트의 일환이었다.그 목표 중 하나는 고출력 핵폭발 시 트랜스우라늄 원소의 생산 효율을 연구하는 것이었다.이러한 실험의 동기는 우라늄에서 그러한 원소들을 합성하는 것이 다중의 중성자 포획을 필요로 한다는 것이었다.그러한 사건의 확률은 중성자속과 함께 증가하며, 핵폭발은 인간이 만든 중성자원 중 가장 강력한 것으로서, 마이크로초 내 10²³ 중성자/cm², 또는 약 10 중성자/(cm²⁹²·s)의 밀도를 제공한다.이에 비해 HFIR 원자로의 유량은 5×10¹⁵ 중성자/(cm²/s)이다.파편 샘플이 미국 본토에 도착할 때쯤이면 일부 동위원소가 부패했을 수 있기 때문에, 에누에탁 환초(Enewetak Atoll)에 이물질의 예비 분석을 위한 전용 실험실이 바로 설치되었다.실험실은 가능한 한 빨리 종이 필터가 장착된 비행기로부터 분석을 위한 샘플을 받고 있었는데, 그 비행기는 시험 후에 아톨 상공으로 날아갔다.페르뮴보다 무거운 새로운 화학 원소를 발견하기를 바랐지만, 1954년에서 1956년 사이에 아톨에서 일어난 일련의 메가톤 폭발 이후에도 이들 중 어떤 것도 발견되지 않았다.^[5]

대기 결과는 밀폐된 공간에서 행해진 강력한 폭발로 수율이 향상되고 동위원소가 더 무거워질 것으로 기대됨에 따라 네바다 실험장에서 1960년대에 축적된 지하 실험 데이터로 보완되었다.기존 우라늄 전하와는 별도로 아메리슘과 토륨이 혼합된 우라늄과 플루토늄 넵투늄 전하를 함께 사용해 왔으나 수율 면에서는 덜 성공했으며 중원전하에서의 핵분열율 강화에 따른 중동위원소 손실도 강했기 때문이다.제품 격리는 300~600m 깊이에서 주변 암석이 녹고 기화하면서 파편을 퍼뜨리는 폭발이었기 때문에 문제가 있었다.제품을 추출하기 위해 그렇게 깊은 곳까지 구멍을 뚫는 것은 수집된 볼륨 면에서 느리고 비효율적이었다.^[5][65]

1962년부터 1969년 사이에 실시된 9차례의 지하 실험 중 마지막 실험은 가장 강력하고 트랜스우라늄 원소의 산출량이 가장 높았다.^[66][67]보통 고출력 원자로에서 1년 동안 조사해야 하는 아인슈타인륨의 밀리그램은 마이크로초 이내에 생성되었다.^[65]그러나 전체 제안의 가장 큰 실제적인 문제는 강력한 폭발로 흩어진 방사능 파편 수집이었다.항공기 필터는 전체 양의 약 4×10만⁻¹⁴ 흡착했고, 에누에탁 환초에서 산호수 톤의 수집은 이 분율을 단지 2배 정도 증가시켰다.허치 폭발 후 60일 만에 약 500kg의 지하암석을 추출한 결과 전체 전하의 약 1×10만⁻⁷ 회복됐다.이 500-kg 배치의 트랜스우라늄 원소의 양은 실험 7일 후 수집된 0.4kg의 암석보다 30배밖에 되지 않았으며, 이는 트랜스우라늄 원소가 회수된 방사성 암석의 양에 대해 고도로 비선형적인 의존성을 입증한 것이다.^[68]시험 전 현장에서 샤프트를 드릴로 뚫은 것은 폭발 후 샘플 채취를 가속화하기 위해 진앙에서 나오는 방사성 물질을 샤프트를 통해 배출하고 지표면 부근의 부피를 채취하기 위해서다.이 방법은 두 번의 시험에서 시도되어 즉시 수백 킬로그램의 재료를 제공했지만, 시추 후 얻은 샘플보다 3배 낮은 액티나이드 농도로 제공되었다.그러한 방법은 단명 동위원소의 과학적 연구에서는 효율적일 수 있었지만, 생산된 액티니이드의 전체적인 채집 효율을 향상시킬 수는 없었다.^[69]

비록 핵실험 잔해에서 새로운 원소(아테인늄과 페르뮴으로부터 떨어져)를 검출할 수 없었고, 트랜스우라늄 원소의 총 생산량은 실망스러울 정도로 낮았지만, 이러한 실험은 이전에 실험실에서 사용되었던 것보다 훨씬 더 많은 양의 희귀 중동위원소를 제공했다.^[70]

분리

아인슈타인의 분리 절차는 합성 방법에 따라 달라진다.사이클로트론 내부의 빛 이온 폭격의 경우, 중이온 표적을 얇은 호일에 부착하고, 생성된 아인슈타늄은 조사 후 호일에서 간단히 씻어낸다.그러나 이런 실험에서 생산된 양은 상대적으로 적다.^[71]원자로 조사의 경우 수율이 훨씬 높지만, 그곳에서는 핵분열 해독에서 생성된 란타니드와 더불어 다양한 액티나이드 동위원소가 혼합된 생산물이다.이 경우, 아인슈타인륨의 격리는 높은 온도와 압력에서의 양이온 교환, 크로마토그래피 등의 여러 단계를 반복하는 지루한 절차다.원자로에서 생산되는 가장 흔한 아인슈타인륨 동위원소인 es는 20일의 반감기로 대부분의 실험의 시간 스케일이 빠른 bk로 분해되기 때문에 베르켈륨과의 분리가 중요하다.이러한 분리는 버켈륨이 고체 +4 상태로 쉽게 산화하여 침전시킨다는 사실에 의존하는 반면, 아인슈타인을 포함한 다른 활성산소는 용액에서 +3 상태로 남아 있다.^[72]

란타니드 핵분열 생성물에서 삼발효소 분리는 염산(HCl)을 용액으로 포화시킨 90%의 물/10% 에탄올 용액을 사용하여 계간교환 수지 칼럼을 통해 수행할 수 있다.보통 6 molar HCl을 용융제로 사용한 음이온 교환 크로마토그래피에 따른다.그런 다음 암모늄염으로 처리된 계간 교환 수지 컬럼(Dowex-50 교환 컬럼)을 사용하여 원소 99, 100 및 101을 포함한 분수를 분리한다.이 원소들은 용출 위치/시간에 근거하여 간단히 식별할 수 있으며, 예를 들어 용해제로서 α-hydroxyisobutyrate 용액(α-HIB)을 사용할 수 있다.^[73]

또한 3+액티니드의 분리는 용제 추출 크로마토그래피에 의해 달성될 수 있으며, 고정 유기상으로는 bis-(2-ethylhexyl) 인산(약칭 HDEHP)을, 이동 수용상으로는 질산을 사용한다.액티나이드 용출 순서는 양이온 교환 수지 칼럼의 순서에서 역행한다.이 방법으로 분리된 아인슈타인은 수지 기둥을 이용한 분리에 비해 유기농 복합제가 없다는 장점이 있다.^[73]

금속 준비

아인슈타인륨은 반응성이 높기 때문에 화합물에서 순수 금속을 얻기 위해서는 강력한 환원제가 필요하다.^[74]이는 금속 리튬을 사용한 아인슈타인륨(III) 플루오르화물의 감소를 통해 달성할 수 있다.

에스프₃ + 3리 → 에스 + 3리프

그러나 아인슈타인은 용해점이 낮고 자기방사 손상률이 높아 고증기압으로 불소화 리튬보다 높다.이것은 이 감소 반응을 다소 비효율적으로 만든다.이것은 초기 준비 시도에 시도되었고 란타넘 금속을 사용한 산화 아인슈타인륨(III)의 감소를 위해 재빨리 포기되었다.^[27][29][75]

ESO₂₃ + 2 La → 2 Es + LaO₂₃

화학 화합물

일부 Es 화합물의 결정 구조 및 격자 상수

화합물	색	대칭	스페이스 그룹	아니요.	피어슨 기호	a(pm)	b (pm)	c (pm)
eso23	무색	큐빅[35]	Ia3	206	cI80	1076.6
eso23	무색	단음이의[76]	C2/m	12	mS30	1411	359	880
eso23	무색	육각형[76]	P3m1	164	hP5	370		600
에스프3		육각형[34]
에스프4		단음이의[77]	C2/c	15	mS60
에스클3	오렌지	육각형[78][79]	C63/m		hP8	727		410
에스브르3	노란색	단음이의[80]	C2/m	12	mS16	727	1259	681
에스아이3	호박	육각형[81][82]	R3	148	hR24	753		2084
에스오클		4각형[81][83]	P4/nmm			394.8		670.2

산화제

아인슈타인륨(III) 산화물(EsO₂₃)은 질산염(III)을 태워서 얻은 것이다.처음에는 약 30나노미터 크기의 마이크로그램 샘플로 특징지어졌던 무색의 입방정정을 형성한다.^[28][35]이 산화물은 다른 두 단계인 단핵체와 육각형으로 알려져 있다.특정 ESO₂₃ 단계의 형성은 준비 기법과 샘플 이력에 따라 달라지며, 명확한 위상 다이어그램이 없다.3상 사이의 상호 변환은 자기방사선화 또는 자기난방의 결과로 자연적으로 발생할 수 있다.^[84]육각 위상은 랑타넘 옥사이드와 이소형이며, 여기서³⁺ es 이온은 O²⁻ 이온의 6개 조로 이루어진 그룹에 둘러싸여 있다.^[76][81]

할리데스

아인슈타인늄 할로겐화물은 산화상태 +2와 +3으로 알려져 있다.^[83][85]불소에서 요오드화물에 이르는 모든 할로겐화물에 대해 가장 안정된 상태는 +3이다.

아인슈타인늄(III) 플루오르화(EsF₃)는 플루오르화 이온과 반응할 때 염화 아인슈타인륨(III) 용액에서 침전될 수 있다.대안적인 준비 절차는 1-2기압에서 300~400°C 사이의 온도에서 염소 3불화수소(ClF₃) 또는₂ F 가스에 산화 아인슈타인륨(III)을 노출시키는 것이다.EsF₃ 결정 구조는 캘리포니아(III) 플루오르화(CfF₃)에서와 같이 육각형이며, 여기서 Es³⁺ 이온은 2중삼각 프리즘 배열에서 플루오린 이온에 의해 8배 조정된다.^[34][86][87]

아인슈타인륨(III) 염화물(EsCl₃)은 약 500℃의 건조한 염화수소 증기 대기에서 약 20분간 아인슈타인륨(III) 산화물을 분해하여 준비할 수 있다.약 425 °C에서 냉각 시 결정화되어 UCl₃ 타입의 육각 구조를 가진 오렌지 고체로, 3중 프리즘 기하학에서 아인슈타인 원자는 염소 원자에 의해 9배 조정된다.^[79][86][88]아인슈타인륨(III) 브로마이드(EsBr₃)는 알클₃ 유형의 단핵 구조를 가진 옅은 황색의 고체인데, 아인슈타인 원자는 브로민(조정 번호 6)에 의해 8각으로 조정된다.^[82][86]

아인슈타인륨의 이분화 화합물은 수소로 3가 할리드를 감소시킴으로써 얻는다.^[89]

2 ESX₃ + H₂ → 2 ESX₂ + 2 HX, X = F, Cl, Br, I

아인슈타인움(Ainsteinium)II) 염화물(EsCl₂),^[90] 아인슈타인륨(Ainsteinium)II) 브로마이드(EsBr₂)^[91] 및 아인슈타인륨(Ainsteinium)II) 요오드화합물(EsI₂)^[83]이 생산되었으며 광학 흡수가 특징이며, 아직 구조 정보가 없다.^[82]

아인슈타인의 알려진 옥시할리드는 ESCl,^[83] EsOBr^[89], EsOI를 포함한다.^[83]이러한 염분은 물과 그에 상응하는 수소 할라이드를 혼합한 삼할라이드를 처리함으로써 합성된다. 예를 들어 ESCl₃ + HO₂/HCl을 얻기 위한 것이다.^[33]

오르가네스타인 화합물

아인슈타인의 높은 방사능은 방사선 치료에 잠재적으로 이용될 수 있으며, 인체 내 적절한 장기에 아인슈타인 원자를 전달하기 위해 유기농 복합체가 합성되었다.실험은 개들에게 아인슈타인륨 구연산염(페르뮴 화합물뿐만 아니라)을 주입하기 위해 수행되었다.^[2]아인슈타인늄(III)은 이전에 란타니드를 함유한 유사 복합체가 금속 유기 화합물 중 가장 강한 자외선을 방출하는 발광을 보였기 때문에 베타-디케톤 첼레이트 복합체에도 통합되었다.아인슈타인륨 콤플렉스를 준비할 때 es³⁺ 이온은 gd³⁺ 이온으로 1000배 희석됐다.이를 통해 방사선 손상을 줄일 수 있어 측정에 필요한 20분 동안 화합물이 분해되지 않았다.그 결과 es에서³⁺ 발광한 발광은 너무 약해서 감지할 수 없었다.이것은 킬레이트 매트릭스에서 Es³⁺ 이온으로 효율적인 에너지 전달을 방해한 화합물 개별 성분의 불리한 상대적 에너지에 의해 설명되었다.아메리슘, 베르켈륨, 페르뮴 등 다른 액티나이드에서도 비슷한 결론이 도출됐다.^[92]

그러나 Es³⁺ 이온의 발광은 무기 염산 용액뿐만 아니라 di(2-ethylhexyl)정인산 유기 용액에서도 관찰되었다.약 1064나노미터(반폭 약 100nm)로 넓은 봉우리를 보여주는데, 이는 녹색등(ca. 495nm 파장)으로 공명할 수 있다.발광은 수 마이크로초의 수명을 가지며 양자 수율은 0.1% 미만이다.란타니드에 비해 상대적으로 높은 Es의³⁺ 비방사성 붕괴율은 내측 Es³⁺ 전자와 f 전자의 강한 상호작용과 관련이 있었다.^[93]

적용들

더 높은 트랜수라늄 원소와 초 헤비 원소의 생산을 목표로 하는 기초 과학 연구 이외에는 아인슈타인의 동위원소에는 거의 쓸모가 없다.^[94]

1955년에 멘델레비움은 버클리 연구소의 60인치 사이클로트론에서 약 10개의⁹ es의 원자로 구성된 표적을 조사하여 합성되었다.그 결과 Es(α,n)²⁵⁶Md 반응은 원자 번호 101로 새로운 원소의 17개의 원자를 산출했다.^[95]

희귀 동위원소 아인슈타인늄-254는 질량이 크고, 비교적 긴 반감기가 270일이며, 몇 마이크로그램의 상당한 양의 가용성이 있기 때문에 초중량 원소의 생산에 선호된다.^[96]이에 따라 1985년 초유니늄(element 119) 합성을 시도하면서 초유니늄-254를 칼슘-48 이온으로 폭격하여 표적으로 삼았다.캘리포니아 버클리의 HILAC 선형 입자 가속기원자는 확인되지 않았으며, 이 반응의 단면 상한을 300나노바른으로 설정했다.^[97]

${\displaystyle {\ce {{^{254}_{99}Es}+{^{48}_{20}Ca}->{^{302}_{119}{{\ast }->no\ atoms}}}$

아인슈타인륨-254는 검사관 5 달 탐침의 화학 분석 분광계("알파-점멸 표면 분석기")에서 교정 마커로 사용되었다.이 동위원소의 큰 질량은 마커로부터의 신호와 연구된 달 표면의 가벼운 요소들 사이의 스펙트럼 중첩을 감소시켰다.^[98]

안전

이용 가능한 아인슈타인 독성 데이터의 대부분은 동물에 대한 연구에서 비롯된다.쥐가 섭취했을 때, 약 0.01%의 아인슈타인산만이 혈류에서 끝난다.거기서 약 65%가 뼈로 가게 되는데, 쥐의 3년 최대 수명은 말할 것도 없고, 방사성 붕괴가 없다면 약 50년 정도 남아있을 것이고, 폐에 25%는 남아있을 것이다(생리학적 반감기는 약 20년 정도지만, 이것은 다시 짧은 반감기는 별 관계가 없지만), 0.035%는 고환이나 0.01이다.난소에 대한 비율(%) - 아인슈타인륨이 무한정 머무르는 곳.섭취된 양의 약 10%가 배설된다.뼈 표면에 대한 아인슈타인의 분포는 균일하며 플루토늄과 비슷하다.^[99]

참조

참고 문헌 목록

• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth–Heinemann. ISBN 978-0080379418.
• Haire, Richard G. (2006). "Einsteinium". In Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (eds.). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (PDF). Vol. 3 (3rd ed.). Dordrecht, the Netherlands: Springer. pp. 1577–1620. doi:10.1007/1-4020-3598-5_12. ISBN 978-1-4020-3555-5. Archived from the original (PDF) on 2010-07-17.
• Holleman, Arnold F. & Wiberg, Nils (2007). Textbook of Inorganic Chemistry (102nd ed.). Berlin: de Gruyter. ISBN 978-3-11-017770-1.
• Seaborg, G.T., ed. (23 January 1978). Proceedings of the Symposium Commemorating the 25th Anniversary of Elements 99 and 100 (PDF). Report LBL-7701.

외부 링크

위키미디어 커먼스는 아인슈타인륨과 관련된 미디어를 가지고 있다.

무료 사전인 위키트리노에서 아인슈타인을 찾아봐.

• 주기율표 비디오의 아인슈타인륨 (노팅엄 대학교)
• 방사성핵종 대사 및 선량측정에서 연령 관련 요인: 절차 - 아인슈타인의 여러 건강 관련 연구를 포함한다.